中文题名: | 基于光纤光栅的PZT自适应控制系统研究 |
姓名: | |
学号: | 1049721203157 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 0810 |
学科名称: | 信息与通信工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位: | 工学硕士 |
学校: | 武汉理工大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 嵌入式系统及智能控制 |
第一导师姓名: | |
第一导师院系: | |
完成日期: | 2015-03-31 |
答辩日期: | 2015-05-04 |
中文关键词: | |
中文摘要: |
PZT系列压电陶瓷广泛应用于人们生活的方方面面,基于压电陶瓷制造的设备多种多样,包括高压点火装置、压力计、微位移驱动器、压电变压器等。虽然压电陶瓷已有数十年的研究历史,但对于新型压电体材料的研制和控制方法的研究却从未停止。 目前有许多关于压电陶瓷逆压电效应的数学模型,比如PI模型、Duhem模型等。这些模型在低频电压信号驱动压电陶瓷时有较高的准确性,但在中高频信号驱动时会有比较大的误差,并在高频信号驱动时,传统的形变测量装置不能很好测量PZT的振幅。针对这类问题,本文采用基于光纤光栅的测量系统来测量PZT压电陶瓷在较高频率下的输出振幅,对PZT的固定频率输入电压信号和输出机械振幅进行建模,选择合适的自适应控制算法,进而实现在不同负载条件下都能够较为精确地控制PZT振幅输出的控制系统。具体的研究工作如下: 研究光纤光栅传感器的测量原理,通过高速光纤光栅解调仪和固定在PZT形变测量装置上的光纤光栅传感器,获得PZT在振动时引起的光纤光栅中光波波长的数据,并通过研究光纤光栅传感器的反射中心波长变化量与压电陶瓷形变量之间的关系,获得PZT在交流电压驱动下产生的机械振动的振幅数据。 分析现有压电陶瓷逆压电效应模型在较高频率电压信号输入时存在的问题,并通过研究PZT输入固定频率交流信号幅值和输出机械振动振幅之间的关系,为PZT的输入输出特性建立合适的数学模型,结合光纤光栅形变测量系统的实验数据,运用带遗忘因子的递推增广最小二乘法对PZT的振动模型的参数进行辨识。 基于得到的PZT的数学模型,结合广义最小方差自校正控制算法,设计基于光纤光栅的PZT振幅自适应控制系统,提出了基于超调量和上升时间的计算控制量加权值范围的方法,并通过实验验证了该自适应系统能够在PZT外部负载条件发生未知变化的情况下,通过改变固定频率交流驱动信号的幅值,完成对PZT振幅大小的控制,实现了对期望输出振幅的跟踪,系统跟踪误差较小。 |
参考文献: |
[1] 姜刚,葛尊彪. 压电陶瓷驱动器迟滞建模与控制研究[J]. 机电信息 2014 第9期 P79-80. [2] 石伟丽,邢志国,王海斗, 等. 压电陶瓷研究进展及在喷涂方面的应用[J]. 润滑与密封 2014 第5期 P111-116,120. [3] 王涛,王晓东,王立鼎, 等. 压电陶瓷快速响应特性与应用研究[J]. 传感技术学报 2009 第6期 P785-789. [4] 李晓娟,李全禄,谢妙霞, 等. 国内外压电陶瓷的新进展及新应用[J]. 硅酸盐通报 2006 第4期 P101-108. [5] 周家光. 压电振子的弯曲振动模式及其应用[J]. 上海硅酸盐 1989 第1期 P35-40 [6] 蹇胜勇,杨莉,刘光聪. 低频窄带压电陶瓷滤波器材料的研究[J]. 压电与声光 2008 第2期 P199-201. [7] 徐源,李蓓智,张家梁. 等. 基于压电陶瓷的精密进给系统的应用研究[J]. 机械设计与制造 2008 第9期 P124-126. [8] 赖志林,刘向东,耿洁,等.压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J].光学精密工程,2011,19(6):1281-1290. [20] 王希华,郭书祥,汝长梅,等. 基于压电陶瓷迟滞非线性的建模方法[J]. 哈尔滨工业大学学报,2010(1). [24] 李黎,刘向东,侯朝桢等.Preisach逆模型补偿的压电陶瓷执行器自适应滑模控制[J]. 北京理工大学学报, 2008, 28(3):237-240. [25] 张桂林,张承进,李康.基于PI迟滞模型的压电驱动器自适应辨识与逆控制[J].纳米技术与精密工程, 2013,第1期. [26] 张利军,杨立新,郭立东,孙立宁.压电陶瓷驱动平台自适应输出反馈控制[J].自动化学报, 2012, 第9期 [27] 刘泊,郭建英,孙永全等.压电陶瓷微位移驱动器建模与控制[J].光学精密工程, 2013, 21(6): 1503-1509. DOI:10.3788/OPE.20132106.1503. [29] 王贞艳,张臻,周克敏,毛剑琴.压电作动器的动态迟滞建模与H∞鲁棒控制[J].控制理论与应用, 2014,第1期. [30] 王俐,饶长辉,饶学军等.压电陶瓷微动台的复合控制[J].光学精密工程, 2012, 20(6): 1265-1271. DOI:10.3788/OPE.20122006.1265. [36] 俞锁龙, 袁永铮, 罗绍棠. 压电陶瓷应变的测量及应用[J].声学与电子工程, 1995, (4): 24-31. |
中图分类号: | TP273 |
馆藏号: | TP273/3157/2015 |
备注: | 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库 |